本文關(guān)鍵詞：水射流輔助激光復(fù)合刻蝕晶體硅的試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 水射流 復(fù)合加工 激光刻蝕 多晶硅 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)

【摘要】：水射流輔助激光復(fù)合刻蝕方法以激光的熱去除能力為主要加工方式,利用水射流的冷卻作用降低熱應(yīng)力梯度,減少硬脆性材料崩裂缺陷,同時(shí)低壓射流產(chǎn)生的沖擊作用可以及時(shí)將復(fù)合加工導(dǎo)致的熔渣排除,提高加工質(zhì)量,并間接提高加工效率,但復(fù)合刻蝕方法中所涉及的工藝參數(shù)眾多,而且參數(shù)之間存在一定的關(guān)聯(lián)性,為了能夠更好的發(fā)揮這一復(fù)合刻蝕方法的優(yōu)越性,仍需對(duì)相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行更深的研究。本文采用水射流輔助激光復(fù)合加工方法對(duì)多晶硅進(jìn)行刻蝕加工,以研究水射流在復(fù)合刻蝕過程中起到的作用為目的,并結(jié)合激光工藝參數(shù)總結(jié)一套最佳的工藝方案,具體做了以下工作:(1)復(fù)合刻蝕方法中水射流工藝參數(shù)對(duì)刻蝕結(jié)果影響的研究。分析水射流速度對(duì)刻蝕槽體表面形貌、槽體深度影響,結(jié)果表明水射流的引入可以有效改善復(fù)合刻蝕質(zhì)量,并且水速越高,改善作用越明顯,相比激光直接刻蝕多晶硅,復(fù)合刻蝕方法對(duì)裂紋、重鑄層等缺陷的改善作用明顯。研究水射流速度對(duì)槽體深度影響規(guī)律,結(jié)果表明水射流沖擊、冷卻作用隨水速變化所占的主導(dǎo)作用不同導(dǎo)致槽體深度出現(xiàn)先降后升的規(guī)律。另外研究靜態(tài)水情況下的刻蝕結(jié)果,發(fā)現(xiàn)刻蝕產(chǎn)生的裂紋、熔渣缺陷較多,刻蝕產(chǎn)生槽體深度也不如激光直接刻蝕和較高射流速度下復(fù)合刻蝕產(chǎn)生的槽體深度。研究水射流速度及入射角度對(duì)刻蝕槽體入口寬度影響,發(fā)現(xiàn)較高速度的水射流可以提高槽體的入口寬度,并且大角度入射水射流形成的槽體入口寬度更窄。(2)研究激光工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合刻蝕結(jié)果的影響。分析了激光脈寬及重復(fù)頻率對(duì)復(fù)合刻蝕槽體深度和截面形狀影響,結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)激光脈寬及重復(fù)頻率的增加可以提高刻蝕槽體深度,但由于激光器本身功率限制,過高的激光脈寬及重復(fù)頻率,反而會(huì)使復(fù)合刻蝕的槽體深度降低,另外,脈寬較高時(shí)容易產(chǎn)生水滴形的截面形狀,而頻率參數(shù)變化則很少出現(xiàn)水滴形截面。研究激光脈寬和重復(fù)頻率對(duì)復(fù)合刻蝕產(chǎn)生槽體的入口輪廓平整度影響,分析表明較高的脈寬可以減少槽體入口輪廓的平整度,而頻率變化會(huì)導(dǎo)致入口輪廓的粗糙度值出現(xiàn)先高后低的趨勢(shì)。(3)采用正交試驗(yàn)法總結(jié)了一套最佳的工藝方案。以激光脈寬、頻率、輸入電流和水射流速度為分析因子,以槽體深度、槽體截面錐度和槽體入口輪廓平整度為標(biāo)準(zhǔn),采用正交實(shí)驗(yàn)法分析各項(xiàng)因子對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的影響程度,對(duì)正交實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)最佳工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,最終分析得到一套工藝方案,使復(fù)合刻蝕質(zhì)量和復(fù)合刻蝕效率都得到了保證。(4)建立復(fù)合刻蝕方法中水射流的沖擊模型。分析水射流角度及速度對(duì)槽體截面形狀的影響,并通過相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證模擬的結(jié)果。采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法建立水射流沖擊模型,對(duì)水射流在復(fù)合刻蝕過程中的沖擊作用進(jìn)行了詳細(xì)分析,并以此研究不同水射流入射角和速度參數(shù)對(duì)槽體截面形狀產(chǎn)生的影響,最終通過試驗(yàn)驗(yàn)證所建立模型的合理性,結(jié)果表明較高的水射流速度有利于改善槽體截面形狀,并且小角度入射水射流容易形成V形截面,而大角度入射水射流易形成標(biāo)準(zhǔn)的U形截面,另外大角度入射水射流產(chǎn)生沖擊力的利用率比小角度入射水射流的利用率高,而小角度入射的水射流對(duì)懸空在槽縫中熔渣的去除效果更好,這使得槽體寬度更大。試驗(yàn)的驗(yàn)證結(jié)果表明所建立模型的合理性,在一定程度上可以為復(fù)合刻蝕的研究工作提供便利。
【關(guān)鍵詞】：水射流 復(fù)合加工 激光刻蝕 多晶硅 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG665;TQ127.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 引言13-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 晶體硅常見的刻蝕方法14-18
• 1.1.1 機(jī)械力刻蝕方法14
• 1.1.2 電子束刻蝕方法14-15
• 1.1.3 化學(xué)刻蝕方法15-16
• 1.1.4 激光刻蝕方法16-18
• 1.2 液體輔助激光復(fù)合刻蝕晶體硅技術(shù)現(xiàn)狀18-22
• 1.2.1 液下激光復(fù)合刻蝕晶體硅方法18-20
• 1.2.2 液束引導(dǎo)激光復(fù)合刻蝕方法20-22
• 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 第二章 水射流輔助激光復(fù)合刻蝕機(jī)理與試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定方法23-28
• 2.1 水射流輔助激光復(fù)合刻蝕過程分析23-26
• 2.1.1 激光燒蝕過程分析23-24
• 2.1.2 復(fù)合刻蝕方法中水射流沖擊作用過程分析24-25
• 2.1.3 復(fù)合刻蝕方法中水射流冷卻作用過程分析25-26
• 2.2 試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定方法26-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第三章 水射流工藝對(duì)復(fù)合刻蝕結(jié)果影響的試驗(yàn)研究28-37
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)備及方法28-30
• 3.2 水射流對(duì)復(fù)合刻蝕槽體形貌影響的研究30-33
• 3.3 水射流對(duì)激光復(fù)合刻蝕晶體硅槽體深度影響的研究33-34
• 3.4 水射流對(duì)復(fù)合刻蝕槽體入.寬度影響的研究34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第四章 激光工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合刻蝕結(jié)果的影響及工藝優(yōu)化37-48
• 4.1 激光工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合刻蝕結(jié)果影響的研究37-42
• 4.1.1 試驗(yàn)方法37
• 4.1.2 激光參數(shù)對(duì)刻蝕槽體深度及截面形狀影響的研究37-40
• 4.1.3 激光參數(shù)對(duì)刻蝕槽體表面切.邊緣粗糙度影響的研究40-42
• 4.2 參數(shù)優(yōu)化及其試驗(yàn)驗(yàn)證42-47
• 4.2.1 相關(guān)研究對(duì)象的選取42
• 4.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法42-44
• 4.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及方差分析44-45
• 4.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)及最佳工藝方案設(shè)計(jì)45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第五章 復(fù)合刻蝕方法中水射流沖擊過程模擬及相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證48-58
• 5.1 基于ABAQUS的水射流沖擊模擬48-54
• 5.1.1 ABAQUS軟件介紹48-49
• 5.1.2 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法49
• 5.1.3 基于abaqus軟件建立水射流沖擊模型49-52
• 5.1.4 模擬結(jié)果與分析52-54
• 5.2 模擬試驗(yàn)驗(yàn)證54-57
• 5.2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)54-55
• 5.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比分析55-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 工作總結(jié)58-59
• 6.2 未來展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 附錄A 換熱系數(shù)與射流速度關(guān)系65-66
• 致謝66-67
• 作者簡(jiǎn)介及讀研期間主要科研成果67

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊偉;彭信翰;張駿;;水下激光切割硅片的工藝研究[J];中國(guó)激光;2009年11期

2 李f暉;趙建社;袁立新;張華;徐家文;;綠色激光水下加工特性的基礎(chǔ)研究[J];機(jī)械制造與自動(dòng)化;2010年04期

3 袁立新;徐家文;趙建社;;鎳基高溫合金噴射液束電解—激光復(fù)合加工特性的試驗(yàn)研究[J];中國(guó)機(jī)械工程;2013年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葉瑞芳;新型水射流導(dǎo)引激光加工系統(tǒng)光學(xué)特性與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];廈門大學(xué);2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉備;基于微水導(dǎo)激光加工技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：818184